IoT桌面环境监测仪

多合一IoT 桌面环境监测仪

💡 全方位环境监测，尽在掌握 💡

🌡️ 温湿度 💨 CO₂ & VOC ☁️ 数据上云 📊 可视化实时天气

🔗 网站链接

项目演示视频
开源一款小巧的物联网桌面环境监测仪

以下是教学视频，后续还会继续在B站更新的，开源广场这边更新链接可能不会特别及时，请在B站订阅合集、关注我 ~

WSL+VSCode+ESP-IDF安装 | 项目编译程序烧录教程

数据上云① Docker+EMQX安装

数据上云② InfluxDB数据库 Grafana数据大屏安装

我的技术文档中心，你可以在这里查看文字版的教程，这里更新速度比较快，内容也更详细：
https://wiki.vrxiaojie.top/

1 简介

1.1 项目背景

传统的单一功能检测仪已无法满足用户对综合环境数据的需求，而物联网的发展为设备的智能化和数据互联提供了技术支撑。因此，我做了一款集成多参数监测、本地直观显示、云端数据追溯的智能环境监测设备。

1.2 项目亮点

✅全方位环境数据监测，专业级传感器方案
✅强大的本地可视化与智能交互系统
✅WIFI连接、MQTT协议数据上云
✅私有化搭建MQTT Broker和InfluxDB数据库
✅自动电源管理，支持旁路充电、锂电池与USB供电自动切换
✅支持OTA固件升级
✅网络获取本地实时天气数据

2 功能展示

实时监测
实时显示温湿度、二氧化碳、VOC指数，根据浓度不同，用不同颜色标注。

触摸屏交互
①UI部分使用LVGL框架，部分UI设计使用GUI-Guider。
②采集数据记录下来并形成折线图，时间粒度为1分钟、1小时、1天

数据上云
①WIFI联网，自动通过网络对时、获取当地天气预报
②MQTT协议发送数据至云端InfluxDB数据库
③可登入基于Grafana搭建的数据大屏在线查看历史数据情况。

电源管理
①省电模式，在长时间未触摸时自动降低亮度、关闭屏幕，降低系统功耗
②可配置快速充电，最高可达5V0.5A
③可配置充电上限，延缓电池老化

OTA升级
通过内置的OTA升级功能，无需连接电脑，即可轻松升级固件

天气功能
想查询某个城市的实时天气？没问题，在主界面左滑进入天气页面，使用和风天气API即可实现天气数据查询。

3 硬件方案

主控 ESP32-S3 N8R8模组
由于使用的是RGB LCD屏幕，需要占用外置PSRAM较多，同时部分RTOS任务也需要分配不小的栈空间，综合考虑选择8MB PSRAM的版本；
另外，程序使用的LVGL、WIFI库等本身就比较占用Flash空间，后期开发OTA升级功能需要预留约3MB OTA分区，综合考虑选择了8MB Flash的版本。
显示屏使用4.3寸 RGB565 40PIN 带电容触摸
与立创·衡山派 用的同款屏幕，参数为4.3寸 480x272 RGB565 40PIN，带电容触摸6PIN。因为我之前在玩D133EBS时买过这个屏幕，所以就直接用起来了。如果你觉得占用IO过多，还想加其他功能，你也可以自行修改原理图、PCB、代码，适配SPI接口的屏幕。

显示屏背光IC RY3730
配置电阻为10Ω，对应背光电流25mA。在软件中通过ESP32S3在其EN引脚产生PWM波，通过调整占空比控制背光亮度。
传感器部分，均使用I2C通信
（1）CO2 STCC4-D-R3
这颗二氧化碳传感器精度比较高，CO2的测量范围400-5000ppm，它能够使用外置的SHT4x传感器自动补偿输出
（2）VOC SGP40-D-R4
这是一颗室内气体传感器，在编程时，通过盛思锐的气体指数算法可以得到VOC指数。
（3）温湿度 SHT40-AD1B-R2
这是一颗高精度温湿度传感器，它没有直接连接到ESP32S3，而是连接了STCC4，这样既能给STCC4做补偿，也能通过读STCC4的测量数据直接获取温度和湿度值。
锂电池充电管理IC： AW32001
实现USB供电和电池供电自动切换，可通过软件配置充电电流

4 软件部分

📦 说明

使用ESP-IDF框架设计，软件开源地址：iot_environment_monitor-GitHub

同时我将会做一个系列教程，分享我在设计时的思路以及环境搭建方法等，我将它们放在了B站（视频版）和我的技术文档中心（文字版），详见开源描述顶部“网站链接”部分

5 触摸屏选购

📺 触摸屏选购要点

在1688或者淘宝搜索 **4.3寸 RGB 触摸屏**，我买的是这款的，供参考；https://detail.1688.com/offer/609974686884.html

如果你去其他店铺选购，一定要注意40PIN排线和6PIN触摸的引脚定义，要能和原理图中的一一对应。

6 3D外壳

6.1 外壳设计说明

3D外壳使用的是Fusion360进行的设计，设计文件放在了附件中。

外壳顶部和底部使用卡扣+摩擦力+螺丝固定的方式连接，顶部按屏幕大小挖空，嵌入几颗磁铁，可将屏幕磁吸牢固。

6.2 组装外壳所需的紧固件

都是在tb或者pdd能买到的

规格	数量
单头六角铜柱 M3*5+5	4个
十字扁平头螺丝 M3*4	4个
圆形磁铁直径6mm 厚度3mm	2~4个

6.3 外壳组装方法

上壳：指放置屏幕的外壳部分
下壳：指放置PCB的外壳部分
（1）在上壳开孔处嵌入2到4颗磁铁，如果磁铁嵌入得不牢固，可以使用强力胶固定

（2）将屏幕放入上壳，排线从镂空处穿出，并连接到PCB上，注意40PIN的是上接（金属导电部分朝上）、6PIN触摸排线是下接（金属导电部分朝下）

（3）在电池座上装入18650锂电池

（4）下壳先放入PCB，再拧上单头六角螺柱，要确保每颗都拧到底

（5）先盖上壳，再拧紧M3螺丝

（6）将屏幕放入上壳的凹槽内，注意不要直接压折排线（不要压出折痕，有圆弧状的弯折是可以的）

7 常见问题

Q：连接WIFI时，屏幕会闪烁、卡顿？
A：正常现象。由于使用的屏幕是RGB接口的，内部不自带显存，需要通过ESP32的SPI PSRAM作为显存，用ESP32一直给它传输数据。当WiFi启动连接时，需要进行一系列密集的Flash操作。由于ESP32-S3的Flash和PSRAM是共享SPI总线，在写Flash期间，PSRAM的访问会被暂时挂起。RGB LCD控制器因此无法及时读取帧缓冲区数据，导致传输到屏幕的数据流出现中断或错位。为了解决这个问题，在程序中已通过降低频率、重置屏幕等方式尽可能地避免显示错误，但因此带来的副作用是会出现持续几秒的屏幕闪烁、卡顿现象，当WIFI连接过程结束后，就会恢复正常显示。
Q：为什么我系统显示的时间不对？
A：在连接WIFI后，系统将自动使用NTP对时，且每30分钟自动同步一次。请注意，断电后时间信息将会被清除。
Q：续航时间多久？如何提高电池续航？
A：使用一节满电的亿纬18650锂电池（标称容量3300mAh），屏幕亮度20%（常亮），数据采样周期5s，此时系统功耗约500mW，理论续航时间约为24小时。通过在设置页面开启省电模式、设置屏幕超时休眠、提高数据采样周期等方式，均可大幅降低系统功耗。此外，本产品支持类似笔记本电脑的电源管理模式的旁路供电模式，当接入USB供电时，电源管理芯片将自动切换至外部供电，同时为电池充电，有效减少电池反复充放电损耗
Q：本项目元器件容易用烙铁焊接吗？
A：本项目的传感器为DFN和LGA封装，AW32001是WLCSP封装，因此无法使用电烙铁焊接这些器件！建议使用加热台/热风枪+钢网或用立创SMT焊接传感器及AW32001，除此之外的部分均可用烙铁焊接。
Q：为什么WIFI名称中会显示方框？
A：这样的WIFI名称通常是含有除了英文字母、英文标点和数字之外的字符，如中文、emoji符号等。这些字符并未被写入字库，且考虑到Flash空间的问题，以后也不会添加中文支持，请使用英文WIFI名。
Q：为什么扫描不到我的WIFI？
A：ESP32-S3只支持2.4GHz，不支持5GHz，请检查你的WIFI是否为2.4GHz频段。另外，建议将路由器的双频合一功能关闭，再试着扫描一遍。
Q：为什么手动开关一次电源之后，立即开启WIFI，无法自动连接到上一次保存的WIFI？
A：手动关掉设备电源，设备在路由器那边并不会主动断开连接，因此再次开机连接时，路由器会认为该设备已在线而导致设备连接失败。解决方法是：多等几分钟，或在路由器后台踢掉ESP32。